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宁波工程学院化工原理计算题

11

2

12m

第一单元 流体流动

1-1.U 型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压,如图1-1所示,U 型管压差计的指示液为水银,两U 型管的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为:h 1=2.3m, h 2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m, h 5=3m,大气压强Pa=745mmHg 。试求锅炉上方水蒸汽的压强0P 。 解:由静力学方程得:

)

(21h h g p p Hg a c -+=ρ

)

()(2323'h h g P h h g p p B g c -+=-+=水水ρρ

)

(43h h g p p Hg B A -+=ρ

)(45h h g p p o A -+=水ρ

)

(21h h g p p Hg a c -=-ρ )

(21h h g p p Hg a c -=-ρ )(23h h g p p C B --=-水ρ)

(43h h g p p Hg B A -=-ρ

)

(45h h g p p A o --=-水ρ

由以上各式可得:[][])()()()(45234321h h h h g h h h h g p p Hg a o -+---+-+=水ρρ

Pa 51064.3)]4.13()2.15.2[(81.91000)]4.15.2()2.13.2[(81.913600101330760

745

?=-+-?--+-?+?=

本题是静力学方程与U 型压差计的应用。

1-2. 密度为850kg/m 3的某液体由敞口高位槽从φ89×4mm 的管道中流出,高位槽液面高于地面12m ,管路出口高于地面3m(如图1-2)。已知该液体流经

图1-1

系统的总能量损失可按(∑h f ) W f =7.5u 2 计算,u 为液体在管内的流速m/s 。试计算: 1)管内液体的流速;

2)该液体的体积流量和质量流量(分别以m 3/h 和kg/h )。 解:1) 在1-1与2-2之间列柏努利方程,,以0-0为基准面

已知: z 1=12m, z 2=3m, u 1=u 2≈0, p 1=p 2=0(表压)We=0 , W f =7.5u 2 得: 12(9.81)=3(9.81) + 7.5u 2 ∴ u=3.43m/s

2) V=u A=3.43×(3.14/4)(0.0812)=0.0177 m3/s=63.7 m3/h m=V ρ=63.7×850=54145 kg/h

本题是练习柏努利方程、体积流量与质量流量的计算及相互换算。

1-3. 质量流量为16200kg/h 的25%氯化钠(NaCl )水溶液在φ50×3m m 的钢管中流过。已知水溶液的密度为1186kg/m3,粘度为2.3×10-3Pa·s。求:1)判断该水溶液的流动类型;2)计算在层流时的最大流速。 解:1)判断流动类型

5.2497.21186

)044.0(4

3600

162002≈=?==

πρωA s u m/s 5672210

3.21186

5.2044.03

=???=

=

ρ

du R e >4000 ∴ 为湍流 2)求层流时的最大流速

层流时,R e 准数最大值为2000,相应的流速即为滞m ax u

μ

ρ

滞max du R e =

=

2000103.21186044.03

max =???-滞

u

得 088.0max =滞u m/s

f

e w p u gz w p u gz +++=+++ρ

ρ22

22121122图1-2

本题是练习Re 数的计算及其流型判断。

1-4.某车间输水管路为φ60×3.5mm 的钢管,流速为4m/s ,因生产情况有变动,预使流速减至2.5m/s 左右,而用水量不变。拟采用两个改进方案:1)换一根粗管;2)增加一根管子。求两种方案各应选用管子的型号。 解:1)换一根粗管 根据连续性方程:2

2

1

1

A u A u V

s

==

即:5

.24

4)053.0(42

2

?=?=粗

d V s

π

π 所以:067.05

.2)053.0(42=?=粗

d m 。

故可选无缝热轧钢管,规格为φ76×3.5mm 此时管内实际流速:

s

m A V

u s

/36.2)069.0(4

4

)053.0(42

2

=?==ππ 2)增加一根管子

Vs 不变,总体积流量为两根管子内体积流量之和,用d 增表示所增加管子的内径,则:

5

.24

5.2)053.0(44)053.0(42

2

2

?+??=??=增

d V s

π

ππ 得:041.05

.2)053.0(5.2)053.0(42

2=?-?=增

d m 。

可选无缝热轧钢管,规格为φ50×3.5mm。 此时新增管子内实际流速为:

s

m A

V u s

/28.2)043.0(4

5.2)053.0(44)053.0(42

2

2

=?-?==πππ

本题要求掌握管子的选择方法。

1-5. 粘度为0.075Pa·s,密度为900kg/m 3

的某种油品,以36000kg/h 的流量在φ114×4.5mm 的钢管中作定态流动。求:1)该油品流过15m 管长时因摩擦阻力而引起的压强降?P f 为多少?:2)若流量加大为原来的3倍,其它条件不变,则直管阻力h f 又为多少?取钢管壁面绝对粗糙度为0.15mm 。

解:1)求?P f 。 ①求u 及Re 。

284.1)105.0(4

900360036000

2

=?==πA v

u s m/s

20008.1617075

.0900

284.1105.0<=??=

=

μ

ρ

du R e 属层流

②求λ,f h 及求f P ?。

03956.08

.16176464===

e R λ

659.42)284.1(105.01503956.022

2==?=??=u d l h f λJ/kg

1.4193659.4900=?==?f f h P ρPa

2)当流量为原来的3倍而其它条件不变, 则u=3×1.284=3.852m/s

Re=3×1617.8=4853.4>4000 属湍流 应据Re 值及ε/d 值查莫狄图求λ

相对粗糙度ε/d=0.15×10-3/0.105=1.43×10-3及Re=4853.4 查出λ=0.0215

79.222

)852.3(105.0150215.022

2==?=??=u d l h f λ J/kg

说明:求压降(阻力),必须先求Re ,确定流型后才能选用对应的计算公式。

1-6. 某车间丙烯精馏塔的回流系统如图1-3所示,塔内操作压强为1304kPa (表压),丙烯贮槽内液面上方的压强为2011kPa (表压),塔内丙烯出口管距贮槽的高度差为30m ,管内径为145mm ,送液量为40t/h 。丙烯的密度为600kg/m 3

,设管路全部能量损失为150J/kg 。问:将丙烯

从贮槽送到塔内是否需要用泵?计算后简要说明。

解:1)将丙烯从贮槽送到塔内是否用泵,必须用柏努利方程式求出w e 值后才能判断 2)取贮槽液面为1-1’截面,且定为基准水平面,取塔内丙烯出口管的管口为2-2’ 截面,如图示

3)在两截面间列出柏努利方程:

2122

22121122-∑+++=+++f e h P

u g z w P u g z ρ

ρ

已知::z 1=0,z 2=30m ,u 1≈0,u 2可求出, P 1=2011kPa ,ρ=600kg/m 3

,P 2 =1304kPa ,

21-∑f h =150kJ/kg 。

4)求u 2及w e 。

s m A u s

/12.1600

)145.0(4

3600

104023

2=??=?=

πρω kg

J h P P u u g z z w f e /4.733150600

10

)011.2304.1(2)12.1(81.9302)(6

2

21122

12

212-=+?-+

+

?=∑+-+-+-=-ρ

说明:w e 的涵义是外加功,计算结果w e 为负值,说明系统不需要外加功,而依靠贮槽与塔两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求。

1-7.用一虹吸管将80℃热水从高位槽中抽出,两容器中水面恒定(如图1-4)。已知AB 长7m ,BC 长15m (均包括局部阻力的当量长度),管路内径为20mm ,摩擦系数可取为0.023。试求:

1)当z 1=3m 时,水在管内的流量;

2)在管子总长不变的情况下,欲使流量增加20%,则H 1

应为多少?

3)当H 1=3m 时,管路顶点B 可提升的最大高度; 4)对计算结果作简要说明。

解:1)如图所示,在高位槽液面(为1-1截面)与低位槽液面(为2-2截面)间列柏努利方程

21,222212112121-∑+++=++

f W p u

g z p u g z ρ

ρ 其中: z 1=3m ; u 1=u 2≈0; p 1= p 2=0(表压); z 2=0 简化 2

2

2

1,1u d l l W g z e f ∑+=∑=-λ

流速 s m l l d gz u e /525.122

023.002

.0381.92)(21=????=

∑+=

λ

流量 h m s m u d V /724.1/10789.4525.102.0785.04

33422=?=??==

2)欲使流量增加20%,需增大两容器中水位的垂直距离。 此时 s m u u /83.1525.12.12.1'

=?==

2

2

''

'

1u d l l W g H e f

∑+=∑=λ

所以 m g u d l l H e 31.481

.9283.102.022023.0222

''

1=?=∑+=λ

3)H 1一定时,B 点的位置愈高,其压力愈低。当p B 降至同温度下水的饱和蒸汽压时,水将汽化,流体不再连续,以此确定管路顶点提升的最大高度。

查得80℃水的饱和蒸汽压为47.38kPa ,密度为977.8kg/m3。在1-1′与B-B ′间列柏努利方程: B f B B B W p u g z p u g z -∑+++=++

1,212112121ρ

ρ 简化 B f B

B W p u p g z -∑++=

+

1,21

121ρ

ρ

图1-4

m

g

u d l l g u g p p H B e B

B 55.481.92525.1)02.07023.01(81.98.97710)38.473.101(222

32

21max

,2=?+-??-=∑+---=λ

ρ

4)说明

虹吸管是实际中经常遇到的管路,由以上计算可知: ①输送量与两容器间的距离有关,距离越大,流量越大;

②虹吸管的顶点不宜过高,以避免液体在管路中汽化,尤其是输送温度较高、易挥发的液体时更需注意。

1-8. 用离心泵将常温水从蓄水池送至常压高位槽(如图1-5所示)。管路为5.357?φmm 的光滑管,直管长度与所有局部阻力(包括孔板)的当量长度之和为250m 。输水量用孔板流量计测量,孔板孔径20=o d mm ,流量系数为0.61,从水池面到A 点的管长(含所有局部阻力当量长度)为80m ,两U 形压差计的指示液均为汞。摩擦系数用25

.0Re

3164.0=λ计算。若水流量为7.42 m 3

/h ,试求:

1)每kg 水从泵所获得的有效功; 2)A 截面处U 形压差计读数1R ; 3)孔板处压差计读数2R

解:1)在低位槽(1-1′)与高位槽(2-2′)之间列柏努利方程,且以低位槽(1-1′)截

面为基准:f e W p

u zg W ∑+?+?+?=ρ

22 式中,021==u u ,021==p p (表压),01=z ,m z 152=

s m A V u S /05.105.0785.03600

/42.72

=?==

图1-5

52500Re ==

μ

ρ

du ,0209.0Re

3164

.025

.0==

λ kg J u d l l W e f /6.572

2

=∑+=∑λ

代入,得 kg J W e /7.2046.57807.915=+?= 2)A 截面U 形管压差计读数1R :

在A-A ′与2-2′间列柏努利方程,并简化

2,22

2

-∑+=+A f A

W g z u p ρ 式中, s m u /05.1=,m z 12= ∑=?-?=-kg J W A f /17.392

05.105.0802500209.02

2

,

所以 Pa p A 41084.4?=(表压)

对于U 形压差计 ()g R g R p A A ρρ115.1=++

()()m g g p R A A 511.081

.910001360081

.910005.11084.45.141=?-??+?=-+=ρρρ

(3)孔板流量计的U 形压差计读数2R :

由 ()ρ

ρρg

R A C V A S -=20

02

()1000

81.9100013600202.0461.0360042.722R ?-???=π 得 m R 468.02=

说明:本题是有关流体力学的综合计算题,其中包括柏努利方程(求e w )、静力学基本方程(求1R ),能量损失计算(求∑f

w

),孔板流量计应用(求2R )等。

1-9.如图1-6所示,从自来水总管接一管段AB 向实验楼供水,在B 处分成两路各通

向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀,出口分别为C 和D 。已知管段AB 、BC 和BD 的长度分别为100m 、10m 和20m (仅包括管件的当量长度),管内径皆为30mm 。假定总管在A 处的表压为0.343MPa ,不考虑分支点B 处的动能交换和能量损失,且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区,摩擦系数皆为0.03,试求:

1)D 阀关闭,C 阀全开()4.6=ξ时,BC 管的流量为多少?

2)D 阀全开,C 阀关小至流量减半时,BD 管的流量为多少?总管流量又为多少? 解:1)在A-C 截面(出口内侧)列柏努利方程

=++22A A

A u p gz ρ∑-+++C A f C

C C w u p gz ,2

2

ρ

∵C A z z = 0≈A u 表)

(0=C p

2

)

(2

,C

BC AB C

A f u d l l w

阀入口ξξλ+++=∑- 2

)1(2

C

BC AB A

u d l l p ++++=阀入口ξξλρ )14.65.003

.01010003.0/(100021043.35++++??=C u

=2.41m/s

2

4

d u V C C π

==s m /1071.1403.041.2332-?=π

2) D 阀全开,C 阀关小至流量减半时:

在A-D 截面(出口内侧)列柏努利方程(不计分支点B 处能量损失)

=++22A A

A u p gz ρ∑-+++D A f D

D D w u p gz ,2

2

ρ

其中: m z z D A 50==, 0≈A u 表)(0=D p

2

)(2)(2

2

,D BD AB D

A f u d l u d l w

阀入口ξλξλ+++=∑-

+=g p A

5ρ2

)1(2)(22

D BD AB u d l u d l ++++阀入口ξλξλ

20

.17.1414)03.0(4

1085.0427.141403.0/44

/

23

222+=+?=+====-D D

D c

D

D D D V V d V V u V V d V u ππππ

2

)7.1414()

14.603.02003.0(2)20.17.1414()5.003.010003.0(81.9510001043.3225D D V V ++++++?=?化简得 059.221107.11028.15

2

8

=-?+?D D V V 解得: s m V D /10

10.834

-?=

总管流量 s V V V D C /m 1066.1101.8105.83

344---?=?+?=+=

说明:对于分支管路,调节支路中的阀门(阻力),不仅改变了各支路的流量分配,同时也改变了总流量。但对于总管阻力为主的分支管路,改变支路的阻力,总流量变化不大。

第二单元 流体输送机械

2-1.离心泵在一定输送流量范围和转速下,压头和流量间关系可表示为H =25-2.0Q 2

(式中H 单位为m ,Q 单位为m 3

/min )。若将该泵安装在特定管路内,该管路特性方程可表示为

2

86.120e e Q H +=。(式中H 单位为m ,Qe 为m 3

/min )。

试求:1)输送常温下清水时,该泵的流量、压头和轴功率。 2)输送密度为1200Kg/m 3

的水溶液时,该泵的流量、压头和轴功率。 假设该泵的效率为60%。

解:1)根据离心泵的工作点定义可得:e

Q Q =,

e

H H =

求输送常温下清水时,该泵的性能。 ① 由

e

H H =可得:2286.1200.225Q Q +=-,即

586.32=Q , 得:Q =1.138m 3

/min=68.3m 3

/h=0.019m 3

/s 。

m Q H 4.22)138.1(2250.2252

2=?-=-= ③Kw QHP N 942.66.01021000

4.2260138

.1102=???==η

2)求输送密度为1200Kg/m 3

的水溶液时,该泵的性能。 当输送液体的密度改变时,泵的流量和压头不变。故:

s m Q Q /019.0'3==,m H H 4.22'==

而轴功率发生变化,

Kw QH N 345.86.01021200

4.22019.0102'=???==

ηρ

本题要求掌握离心泵特性参数的计算及流体密度对其性能参数的影响。

2-2.在某特定管路系统中,用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时,管路特性方程为

2

5103.118e Q He ?+=(Qe 单位是m 3/s )。现关小阀门调节流量,当泵的流量为0.012m 3

/s

时,对应的压头为44m 。试求: 1)关小阀门后的管路特性方程。

2)关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。

解:1)求关小阀门后的管路特性方程。

本题中,K 不发生变化,而B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。 K 、Q 、H 值代入管路特性方程,可得:21844e BQ +=,即2

)012.0(1844B += 可解出5

10806.1?=B 故关小阀门后管路特性方程为:

2

510806.118e e Q H ?+=

2) 流量为0.012m 3

/s 时,原管路所要求的压头为:

m H e 72.3672.1818)012.0(103.11825=+=??+=

故关小阀门多耗的压头为:m H H H e 28.772.3644=-=-=? 关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为:

%55.16%10044

28

.7=?=?H H 本题是离心泵管路特性曲线的练习及管路阀门局部阻力对泵压头的影响。

2-3.某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机,原生产邮封纸,所配置得白水泵(离心水泵)其流量为Q =20m 3

/h ,扬程H 为31m ,轴功率N 为2.6Kw ,配套电机4.5Kw 。现因市场变化,该纸机转产卫生纸,白水泵流量比原来下降10%,扬程下降20%。若不更换泵,而将原白水泵叶轮外径切割5%,其它尺寸不变,改用3Kw 电机拖动。问此方案是否可行? 解:据离心泵得切割定律,可算出叶轮外径切割5%后,泵的Q ’、H ’和N ’: (1)由

22'

'D D Q Q =得:Q Q Q D D Q D D Q 9.095.095.0''2

222>=?=?= (2)由

222)'('

D D H H =得:H H H D D H D D H 8.0903.0)95.0()'('22

2222>=?=?= (3)由

322)'('

D D N N =得: N N D D N D D N 857.0)95.0()'('32

2322=?=?= 又因N =2.6Kw ,则Kw N N 23.26.2857.0857.0'=?== 取安全系数为1.2倍来配套电机,则所需配套电机功率为:

Kw Kw 368.223.22.1<=?

(4)由计算结果知,原水泵叶轮外径切割5%后,流量、扬程、所配电机功率都适用,故此方案可行。

2-4.用某离心油泵从贮槽取液态烃类至反应器,贮槽液面恒定,其上方绝压为660KPa ,泵安装于贮槽液面以下1.6m 处。吸入管路得压头损失为 1.6m 。输送条件下液态烃的密度为530Kg/m 3

,饱和蒸气压为645KPa ,输送流量下泵的气蚀余量为3.5m ,请分析该泵能否正常操作。

解:题给泵的气蚀余量,可由下式求泵的安装高度Hg

m

H NPSH g p p H f v a g 21.26.15.381.953010)645660(3

10-=--??-=---=-ρ

为安全起见,离心泵得实际安装高度应至少比计算值减0.5m ,为: m m m 71.25.021.2-=--

由题给条件,目前泵的安装高度为-1.6m>-2.71m ,表明泵的安装高度已偏高,很可能发生气蚀现象,故该泵不能正常操作。

本题要求掌握离心泵的气蚀现象及离心泵的安装高度的确定。

2-5.用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体,离心泵的吸入管长度为12m ,直径为62mm 。假定吸入管内流体流动已进入阻力平方区,直管摩擦阻力系数为0.028,总局部阻力系数2=∑?.1,

当地的大气压为1.013?105

Pa 。试求此泵在以下各种情况下允许安装高度为多少? 1)输送流量为25m 3

/h 、温度为20?C 的水; 2)输送流量为25m 3/h 、温度为60?C 的水;

3)输送流量为25m 3

/h 、温度为20?C 的油;(饱和蒸汽压2.67?104

Pa ,密度740kg/m 3

) 4)输送流量为30 m 3/h 、温度为20?C 的水 5)输送流量为25m 3/h 的沸腾水。

解:1)从泵的样本查得,该泵在流量为25m 3

/h ,允许汽蚀余量为2.0m 。 吸入管内流速:s m d

Q

u /30.23600

*062.0*14.325*442

2

1==

=

π

吸入管路阻力损失:m g u d l H f

87.181

.9*23

.21.2062.01003.022

2=??? ??+=??? ??∑+=∑ζλ

20?C 水的饱和蒸汽压2.33kPa 。 此时泵的允许安装高度为:

m H h g p g p H f v g 22.687.10.281

.910002330

81.910001001.150max =--?-??=∑-?--=ρρ

(2)60?C 水的饱和蒸汽压19.93kPa ,代入上式解得:

m H h g p g p H f v g 42.487.10.281

.9100019930

81.910001001.150max =--?-??=∑-?--=ρρ

(3)20?C 油饱和蒸汽压2.67?104

Pa ,将相关数据代入上式得:

m H h g p g p H f v g 41.687.10.281

.974026700

81.97401001.150max =--?-??=∑-?--=ρρ

(4)流量变化,则吸入管路阻力也要变化。 此时,s m d

Q

u /76.23600

*062.0*14.330*442

2

1==

m g u d l H f

69.281.9*276

.21.2062.01003.022

2=??

? ??+=??? ??∑+=∑ζλ

最大允许安装高度:

m H h g p g p H f v g 4.569.20.281

.910002330

81.910001001.150max =--?-??=∑-?--=ρρ

(5)液体沸腾时,0p p v =

此时,m H h H f g 87.387.10.2max -=--=∑-?-=

说明:影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面: 流体的种类,一般来说,蒸汽压越大,最大允许安装高度越低; 流体的温度,温度越高,最大允许安装高度越低;

●流体流量,流量越大,吸入管路阻力越大,最大允许安装高度越低; ?储槽压力和吸入管路配置情况;

?当被输送液体沸腾时,最大允许安装高度与流体的种类无关,主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。

可见,生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。因此,计算泵的最大允许安装高度时,应以可能的最高操作温度和流量来计算。

2-6. 用离心泵将20℃的水从水池送入高压高位槽(见图2-1)。泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。在一定转速下测得离心泵的流量Q 、扬程e H 、泵出口压力p 表、泵入口真空度p 真以及泵的轴功率N 。现改变以下各条件之一而其它条件不变,问上述离心泵各参数将如何变化?

1) 出口阀门开度增大; 2) 液体密度改为1500 kg/m 3

; 3) 泵叶轮直径减小5%; 4) 转速提高5%。

解:1)出口阀门开度增大,则管路阻力变小,管路特性曲线变平缓;但其起点g p z A ρ/?+?=不变;泵的特性不会发生变化。因此,出口阀门开度增大将使工作点向右下方移动(图中由D 到E),结果是流量Q 增大、扬程H e 下降、轴功率N 上升。 以低位槽液面为上游截面(1-1)、以压力表所在处为下游截面(4-4),写柏努利方程:

4142

4

4121122-∑+++=+++f e H z g

u g p H z g u g p ρρ

()()g u d le l z z H H g u z z H g p g p g p e f e 2122

44141244114??? ?

?∑++---=∑----=-=-λρρρ压

(1) 当出口阀门开大时,上式右端各变量中,H e 下降、u 4上升;其余量都不变。因此,压力表读数下降。

以低位槽液面为上游截面(1-1)、以压力表所在处为下游截面(3-3),写柏努利方程:

31323312

1

122-∑+++=++f H z g

u g p z g u g p ρρ ()312

3133

12-∑++-=-=f H g

u z z g p g p g p ρρρ真

(2)

图2-1

当出口阀门开大时,上式右端各变量中,u 3上升、31-∑f H 上升,其余量不变。因此,真空表读数上升。

2)高位槽为密闭容器,故管路特性曲线在H 轴上截距g p z A ρ/?+?=中的p ?为正。当被输送液体密度增大时,A 下降,管路特性曲线向下平移,如图所示。工作点由A 点移到B 点。

结果是流量Q 增大、扬程H e 下降、轴功率N 上升(泵的H~Q 曲线不随被输送液体密度的变化而变化)。 当流量增加时,管内流速和能量损失都增大,由式(2)可知,真空表读数增大。

以压力表所在处(4-4)为上游截面,以管路出口处(2-2)为下游截面,写柏努利方程:

2322

2

2323322-∑+++=++f H z g

u g p z g u g p ρρ 23322

3-∑+-+==

f H z z g

p g p g

p ρρρ压

(3)

其中32u u =。由式(3)可以看出,流量增加时,管路能量损失增大,在流体密度上升的情况下,压力表读数是增加的。

3)叶轮直径减小5%时泵的特性曲线变化情况如图所示,特性曲线由1变为3,工作点由C 变为D ,结果是流量Q 减小、扬程H e 下降、轴功率N 下降。(用切割定律也可得到相同的结论)

流量减小时,管路能量损失减小,由式(2)可知,真空表读数下降。

流量减小时,管路能量损失减小,由式(3)可以看出,压力表读数要减小。

4)转速提高5%时泵的特性曲线变化如图所示,特性曲线由1变为2,工作点由C 变为E ,结果是流量Q 增加、扬程H e 上升、轴功率N 上升。

由式(3)可知,压力表读数增加; 由式(2)可知,真空表读数增加。

说明:离心泵的工作状态与其工作点对应,而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。改

变这两种特性都可以使工作点发生变化,对应的流量、压力、轴功率、压力表和真空表都会发生变化。工程上,离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。

第三单元 沉降与过滤

3-1.用落球法测定某液体的粘度(落球粘度计),将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm 的钢球在此液体内沉降200mm 所需的时间为7.32s,已知钢球的密度为7900kg/m 3

,液体的密度为1300 kg/m 3

。试计算液体的粘度。

解:(1)钢球的沉降速度s m h

u t /2732.032

.71000200

===θ

(2)假设沉降在滞留区,则可用斯托克斯公式计算:

μ

ρρ18)(2g d u s t -=

S Pa u g d t s ?=??-?=-=-309.502732

.01881.9)13007900()1035.6(18)(232ρρμ

(3)核算流型: 104248.0309

.51300

02732.01035.6Re 3<=???==

ρ

t du t

故假设成立,求出的μ有效。 本题要求掌握重力沉降速度的计算。

3-2.采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10㎡,高1.6m 。操作条件下气体密度为0.5kg/m 3

,粘度为s Pa ??-5100.2,颗粒密度为3000 kg/m 3

。气体体积

流量为5m 3

/s 。试求:

1)可完全回收的最小颗粒直径;

2)如将降尘室改为多层以完全回收20m μ的颗粒,求多层降尘室的层数及板间距。 解:1)设沉降运动处在层流区,则能完全回收的最小颗粒直径:

()()m A V g d s s μρρμ

2.7810

5

6.0300081.9102181850

min =-???=

-=

-

校核:最小颗粒的沉降速度:s m A V u s /5.010

5

00===

2173.110

26

.05.0102.78Re 5

6min <=????=

=

--μ

ρ

u d ,近似认为沉降运动处于层流区。

2)20m μ的颗粒也要能全部回收,所需要的降尘面积可按下式计算(既然直径为m μ2.78的颗粒尚能处于层流区,则20m μ的颗粒沉降也一定处在层流区):

()()()

22

6

52

20

0153102056.0300081.91021818'm d g V A s s

=?-???=

-=

--ρρμ

需要降尘面积为153㎡,所以降尘室应改为16层(15块隔板),实际降尘面积为160㎡。层间距为0.16m 。

说明:就设备结构参数而言,降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关;由本题可以看出,当处理量一定时,完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积,这是通过多层结构来实现的。

3-3. 用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8μm ,密度为4000 kg/m3。降尘室内长4.1m ,宽1.8m ,高4.2m ,气体温度为427℃,粘度为3.4×10-5Pa ·s ,密度为0.5 kg/m3,若每小时的炉气量为2160标准m 3

。试求降尘室内的隔板间距及层数。 解:1)操作条件下炉气处理量为:

s m V /54.1273

427

27336002160s 3=+?=

2)假设沉降在滞流区,可求出u t

s m g s /101.410

4.31881.9)

5.04000()108(18)(d u 3

5

262t ---?=???-??=-=μρρ 而气体水平通过速度s m bH v u s /20.0)2.48.1/(54.1/=?== 3)层数n

50151110

1.41.48.154

.113

=-=-???=-=

-t s u b v n λ 4)隔板间距h

h n H )1(+= 可得:m m

n H h 082.051

2.41==+=

5)核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区

① 1108.410

4.3

5.0101.4108Re 45

36

ρ

t du t 在滞流区 ② m h b bh de 157.0082

.08.1082

.08.122=+??=+=

气体流动的Re 为:

200046210

4.35

.020.0157.0Re 5

<=???=

=

ρ

u d e 在滞流区。 故降尘室计算合理,结果有效。

3-4.采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为2.0m 3

,直径D 为0.4m ,适宜的进口气速为20m/s 。炉气的密度为0.75kg/m 3

,粘度为2.6×10-5

Pa ·s (操作条件下的),固相密度为3000kg/m 3

,求(1)需要几个旋风分离器并联操作;(2) 临界粒径d c ;(3)分割直径d 50;(4)压强降ΔP 。

解:对于标准型旋风分离器,h=D/2,B=D/4,Ne=5,ξ=8 (1) 并联旋风分离器数n : 单台旋风分离器的生产能力为: (Vs)单=h ·B ·u i =

i u D

D 4

2(0.42/8)×20=0.40m 3/s n=Vs/ (Vs)单 =2.0/0.40=5 (2)求临界粒径d c

B=D/4=0.4/4=0.1m ,Ne=5,代入下式:

m m u e N B d i s c μπρπμ98.41098.420

300051

.0106.29965=?=??????==--

(3)分割直径d 50

m m u D i s μρρμ554.310554.320

30004

.0106.227.0)(27

.0d 6550=?=???≈-≈-- (4)压强降ΔP

Pa u p i 12002

)20(75.082

2

2

=??=?

=?ρξ

本题要求掌握旋风分离器性能参数及其计算。

化工原理计算练习题(含答案)

1.将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去,要求输送量为36m 3 /h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成,总长为160(包括所有局部阻力的当量长度)。现采用某种型号的耐酸泵,其性能列于本题附表中。问:该泵是否合用? Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%) 17 30 42 46 44 已知:酸液在输送温度下粘度为1.15?10-3 Pa ?s ;密度为1545kg/m 3 。摩擦系数可取为0.015。 解:(1)对于本题,管路所需要压头通过在储槽液面(1-1’)和常压设备液面(2-2’)之间列柏努利方程求得: f e H g p z g u H g p z g u ∑+++=+++ρρ222 2112122 式中0)(0,7,0212121≈=====u ,u p p m z z 表压 管内流速:s m d Q u /99.1080 .0*785.0*360036 42 2 == = π 管路压头损失:m g u d l l H e f 06.681 .9*299.108.0160015.022 2==∑+=∑λ 管路所需要的压头:()m H z z H f e 06.1306.6711=+=∑+-= 以(L/s )计的管路所需流量:s L Q /103600 1000 *36== 由附表可以看出,该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ,当流量为管路所需要的10 L/s ,它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。 3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内,管径为φ108×4mm 管路全长100m(包括局部阻力的当量长度,管的进、出口当量长度也包括在内)。已知: 水的流量为56.5m 3·h -1,水的粘度为1厘泊,密度为1000kg·m -3,管路摩擦系数可取为0.024,计算并回答: (1)水在管内流动时的流动形态;(2) 管路所需要的压头和有效功率; 图2-1 解:已知:d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m A=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m

化工原理计算题

流体流动、流体输送机械习题 主要计算公式: 1、流体静力学基本方程式: gh p p ρ+=0或 2、流体的速度、体积流量、质量流量 及质量流速之间的关系: uA q v = 圆管: 2 4 d q u v π = ρ ρuA q q v m == ρ ρu A q A q G v m === 3、稳定流动时的连续性方程: 对任一截面: 常数 ==m q uA ρ 对不可压缩流体:常数=uA 4、柏努利方程: 221122 1222u p u p gz gz ρρ ++=++ 不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程: ∑+++=+++f e h p u gz w p u gz ρρ2 222121122 或∑+?+?+?=f e h p u z g w ρ22 5、流体通过直管的摩擦阻力: 22 u d l h f λ = 6、摩擦因数(系数)λ 层流( 2000 ≤e R ): ρ μ λdu R e 6464= = 层流时直管摩擦阻力: p g z ρ+=常数

232d g lu h f ρμ= 湍流( 5 310~103?=e R ),且在光滑管内流动时: 25 .03164 .0e R =λ 柏拉修斯(Blasius )式 7、局部阻力计算 (1)当量长度法 22 u d l h e f λ = (2)阻力系数法 2u 2 ξ =f h 8、流体输送设备消耗的功率 η W q ηH ρgq ηP P e m v e a === H ρgq P v e = 9、并联管路 3 21V V V V ++= B fA f f f h h h h -?=?=?=?321 10、分支管路 21V V V += 1 f01 21020 0h ρP 2u gz ρP 2u gz 1 -∑+++=++ 2 f02 22h ρP 2u gz 2 -∑+++=常数=

《化工原理试题库》大全

化工原理试题库多套及答案 一:填空题(18分) 1、 某设备上,真空度的读数为80mmHg ,其绝压=___8.7m 02H , _____pa 41053.8?__. 该地区的大气压为720mmHg 。 2、 常温下水的密度为10003m Kg ,粘度为1cp ,在mm d 100=内的管内以s m 3 速度 流动,其流动类型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时,从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________,水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时,常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时,常用流速范围为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是:离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中,处于____________状态的物质,称为分散物质,处于 __________状态的物质,称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________,其物理意义为____________________________. __________________________,提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式,即_____________和________________ 。其中, 由于_________________________________________,其传热效果好。 二:问答题(36分) 1、 一定量的流体在圆形直管内作层流流动,若将其管径增加一倍,问能量损 失变为原来的多少倍? 2、 何谓气缚现象?如何防止? 3、何谓沉降?沉降可分为哪几类?何谓重力沉降速度? 4、在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气,问: (1) 传热管的壁温接近于哪一种流体的温度? (2) 传热糸数K 接近于哪一种流体的对流传热膜糸数? (3) 那一种流体走管程?那一种流体走管外?为什么? 5、换热器的设计中为何常常采用逆流操作? 6、单效减压蒸发操作有何优点? 三:计算题(46分) 1、 如图所示,水在管内作稳定流动,设管路中所有直管管路的阻力糸数 为03.0=λ,现发现压力表上的读数为052mH ,若管径为100mm,求流体 的流量及阀的局部阻力糸数? 2、 在一 列管式换热器中,用冷却 将C 0100的热水冷却到C 050,热水

化工原理试题库(第五——第十)讲解

第5章蒸发 一、选择题 1.以下蒸发器属于自然循环型蒸发器的是()蒸发器。 A、强制循环型 B、升膜 C、浸没燃烧 D、外热式 2.与加压、常压蒸发器相比,采用真空蒸发可使蒸发器的传热面积(),温度差(),总传热系数()。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 3.蒸发操作能持续进行的必要条件是( )。 A、热能的不断供应,冷凝水的及时排除。 B、热能的不断供应,生成蒸气的不断排除。 C、把二次蒸气通入下一效作为热源蒸气。 D、采用多效操作,通常使用2-3效。 4.蒸发操作通常采用( )加热。 A、电加热法 B、烟道气加热 C、直接水蒸气加热 D、间接饱和水蒸气加热 5.以下哪一条不是减压蒸发的优点( )。 A、可以利用低压蒸气或废汽作为加热剂 B、可用以浓缩不耐高温的溶液 C、可减少蒸发器的热损失 D、可以自动地使溶液流到下一效,不需泵输送 6.多效蒸发流程通常有三种方式,以下哪一种是错误的( )。 A、顺流 B、逆流 C、错流 D、平流 7.中央循环管式蒸发器中液体的流动称为( )。 A、自然循环 B、强制循环 C、自然沸腾 D、强制沸腾 8.蒸发操作中,二次蒸气的冷凝通常采用( )。 A、间壁式冷凝 B、混合式冷凝 C、蓄热式冷凝 D、自然冷凝 9.单效蒸发器计算中D/W 称为单位蒸汽消耗量,如原料液的沸点为393K,下列哪种情况D/W最大? ( )。 A、原料液在293K时加入蒸发器 B、原料液在390K时加入蒸发器 C、原料液在393K时加入蒸发器 D、原料液在395K时加入蒸发器 10.蒸发过程温度差损失之一是由于溶质存在,使溶液()所致。 A、沸点升高 B、沸点降低 C、蒸汽压升高 11.属于单程型的蒸发器是()。 A、中央循环管式蒸发器 B、外热式蒸发器 C、降膜蒸发器 D、悬筐式蒸发器 二、填空题 1.蒸发操作所用的设备称为________。 2.蒸发操作中,加热溶液用的蒸汽称为________,蒸发出的蒸汽称为________。 3.按二次蒸汽是否被利用,蒸发分为________和________;按操作压强大小,蒸发分为________、________和________; 按蒸发方式不同,蒸发分为________和________。 4.蒸发过程中,溶剂的气化速率由________速率控制。 5.蒸发溶液时的温度差损失在数值上恰等于________的值。 6.蒸发操作时,引起温度差损失的原因有________、________和________。 7.杜林规则说明溶液的沸点与同压强下标准溶液的沸点间呈________关系。 8.20%NaOH水溶液在101.33kPa时因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为________。 9.单效蒸发的计算利用________、________和________三种关系。 10.当稀释热可以忽略时,溶液的焓可以由________计算。 11.单位蒸汽消耗量是指________,它时衡量________的指标。

化工原理计算题

1、 如图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒定,高位槽和塔内的压力均为大气压。 送液管为φ45×2.5mm 的钢管,要求送液量为4.2m 3/h 。设料液在管内的压头损失为1.4m (不包括出口能量损失),试问高位槽的液位要高出进料口多少米? 其中:z1=h ,u1=0 p1=0(表压) He=o Z2=0 p2=0(表压) hf=1.4m 将以上各值代入上式中,可确定高位槽液位的高度: 计算结果表明,动能项数值很小,流体位能主要用于克服管路阻力。 2、 如附图所示。用泵将敞口水池中的水输送至吸收塔塔顶,并经喷嘴喷出,水流量为35 m3/h 。 泵的入口管为φ108×4mm 无缝钢管,出口管为φ76×3 mm 无缝钢管。池中水深为1.5m , 池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m 。水流经所有管路的能量损失为42 J/kg (不包括喷嘴), 喷嘴入口处的表压为34 kPa 。设泵的效率为60%,试求泵所需的功率.(水密度以1000kg/m3计) 解: 取水池大液面为1-1’面,取喷嘴入口内侧为2-2’截面,取池底水平面为基准水平面, 在1面与2面之间列柏努利方程 由题 Z1=1.5 m; P1=0 (表压); U1=0 z2=20; u2=qv/(0.785d22)=35/(3600*0.785*0.072)=2.53 m/s; P2= 34 Kpa (表压); Wf=42 J/kg 3、 例:在操作条件25oC 、101.3kPa 下,用CO2含量为0.0001(摩尔分数)的水溶液与含CO2 10% (体积分数)的CO2 -空气混合气在一容器内充分接触。 (1)判断CO2的传质方向中,且用气相摩尔分数表示过程的推动力; (2)设压力增加到506.5kPa ,则CO2的传质方向如何?并用液相分数表示过程的推动力? (3)若温度增加到60oC ,压力仍为506.5kPa ,则CO2的传质方向如何? 解:(1)查表5-2得:25oC 、101.3kPa 下CO2 -水系统的E =166MPa ,则 因y=0.10比较得y < y*所以CO2的传质方向是由液相向气相传递,为解吸过程。 解吸过程的推动力为:Δy=y*-y = 0.164-0.10 = 0.064 (2)压力增加到506.5kPa 时,因x=1×10-4比较得x*>x 所以CO2的传质方向是由气相向液相传递,为吸收过程。 吸收过程的推动力为Δx=x*-x = 3.05×10-4-----1×10-4=2.05×10-4 由此可见,提高操作压力,有利于吸收 0.164 0.0001163916390.1013166=?=====m x y*p E m

《化工原理II》计算试题

《化工原理II》计算试题 石油大学(北京)化工学院(第二部分)题库 2,计算题 1,(15分)在直径1.2m的Mellepak 250Y规整填料吸收塔中,空气混合物中的SO2用清水吸收吸收塔的总操作压力为101.3kpa,温度为20℃,混合气体进入塔内的流量为1000 m3/h,SO2的摩尔分数为0.09,SO2的回收率要求不低于98%,采用气相kya = 0.0524 kmol/(m·s)的总体积传质系统系统的相平衡方程为:ye=3.3x试着找出: (1)推导出计算传质单元数的公式; L?敏。m?成立,哪一个?是溶质的吸收率,m是相平衡常数;(2)测试证书:V(3)最小溶剂剂量,千克摩尔/小时; (4)如果实际溶剂量是最小溶剂量的1.2倍,计算塔水中SO2浓度(摩尔分数);(5)计算完成分离任务所需的传质单元数量、传质单元高度和填料高度 2,(15分)一种吸收煤气中苯的吸油塔。已知煤气的流速为2240(NM3/hr),进入塔的气体中苯含量为4%,离开塔的气体中苯含量为0.8%(以上均为体积分数)。进入塔内的油不含苯。取L=1.4 Lmin。已知体系的相平衡关系为Y * = 0.126 x。试着找出:(1)溶质吸收率? (2)Lmin和L (kmol/h) (3)求柱组成Xb(kmol苯/kmol油)(4)求吸收过程的对数平均驱动力?Ym (5)解决非政府组织问题;用分析法; (6)以增加塔内的液体喷射量使用部分循环流量,在保证原始吸收率

的条件下,最大循环量L’是多少,并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线。 3,(20分)在一个逆流操作的低浓度气体填料吸收塔中,纯矿物油被用来吸收混合气体中的溶质。已知在操作条件下,进口混合气体中的溶质含量为0.015(摩尔分数),吸收率为85%,平衡关系Y*=0.5X努力找出:出口矿物油中溶质的最大浓度为 (1)最小液气比; (2)当吸收剂用量为最小溶剂用量的3倍时,NOG是用解析法计算的。(3)找到吸收过程的总对数平均传质驱动力?Ym。(4)当总气体传质单元的高度为1m时,计算填料层的高度; ?1? (5)为了增加塔内液体的喷淋量,采用塔外液体部分循环流动。在保证原吸收速率的条件下,假设气相流速为,最大循环量L’是多少,并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线 4。在吸收塔中,某种气体混合物与清水逆流吸收。塔中的气相组成为0.05(摩尔分数,下同)。在该操作条件下,系统的平衡关系为y*=2x,操作液气比为1.25(L/V)min,塔内气相组成为0.01,吸收过程为气膜控制,Kya∝V0.7(V为气相摩尔分数) 试算:(1)液相出口组成xb,NOG传质任务所需; (2)如果初始气液组成、流速和操作条件保持不变,当原始塔与另一个相同的塔串联和逆流操作时,离开塔的气体的最终组成是什么(3)如果初始汽液组成、流速和操作条件不变,原塔和另一个相同的塔平

化工原理考研试题库

化工原理试题库 试题一 一:填空题(18分) 1、 某设备上,真空度的读数为80mmHg ,其绝压=________02mH =__________Pa. 该地区的大气压为 720mmHg 。 2、 常温下水的密度为1000 3m Kg ,粘度为1cp ,在mm d 100=内的管内以s m 3 速度流动,其流动类 型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时,从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________,水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时,常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时,常用流速范围 为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是:离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中,处于____________状态的物质,称为分散物质,处于 __________状态的物质,称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________,其物理意义为____________________________. __________________________,提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式,即_____________和________________ 。其中, 由于_________________________________________,其传热效果好。 二:问答题(36分) 1、 一定量的流体在圆形直管内作层流流动,若将其管径增加一倍,问能量损 失变为原来的多少倍? 2、 何谓气缚现象?如何防止? 3、何谓沉降?沉降可分为哪几类?何谓重力沉降速度? 4、在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气,问: (1) 传热管的壁温接近于哪一种流体的温度? (2) 传热糸数K 接近于哪一种流体的对流传热膜糸数? (3) 那一种流体走管程?那一种流体走管外?为什么? 5、换热器的设计中为何常常采用逆流操作? 6、单效减压蒸发操作有何优点? 三:计算题(46分) 1、 如图所示,水在管内作稳定流动,设管路中所有直管管路的阻力糸数为03.0=λ,现发现压力表上 的读数为052mH ,若管径为100mm,求流体的流量及阀的局部阻力糸数? 2、 在一 列管式换热器中,用冷却将C 0100的热水冷却到C 0 50,热水流量为h m 360,冷却水在管 内 流动,温度从C 020升到C 0 45。已 知传热糸数K 为C m w .20002, 换热管为mm 5.225?φ的钢管,长 为3m.。求冷却水量和换热管数 (逆流)。

【第一部分】化工原理 计算题()

【1-1】如习题1-6附图所示,有一端封闭的管子,装入若干水后,倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出2m ,当地大气压力为101.2kPa 。试求:(1)管子上端空间的绝对压力;(2)管子上端空间的表压;(3)管子上端空间的真空度;(4)若将水换成四氯 化碳,管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米? 解 管中水柱高出槽液面2m ,h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力 绝p 在水平面11'-处的压力平衡,有 .绝绝大气压力 1012001000981281580 (绝对压力) ρ+==-??=p gh p Pa (2)管子上端空间的表压 表p (3)管子上端空间的真空度 真p (4)槽内为四氯化碳,管中液柱高度'h 常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为/ccl kg m ρ=4 31594 【1-2】在20℃条件下,在试管内先装入12cm 高的水银,再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ,当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。 解 水的密度/3水=998ρkg m 【1-3】如习题1-8附图所示,容器内贮有密度为/31250kg m 的液体,液面高度为 3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线,距容器底的高度分别为2m 及1m ,容器上部空间的压力(表压)为29.4kPa 。试求: (1)压差计读数(指示液密度为/31400kg m );(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。 习题1-1附图

解 容器上部空间的压力.29 4(表压) =p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ,指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p (2) ().....A p p g Pa ρ=+-=?+??=?333212941022125098156410 【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05m s ,管内径为200mm ,截面2处的管内径为100mm 。由于水的压力,截面1处产生1m 高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少(忽略从1到2处的压头损失)? 解 ./105=u m s 另一计算法 计算液柱高度时,用后一方法简便。 【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中,水的流量为./25L s 。已知管内径15=d cm , .225=d cm ,液柱高度11=h m 。若忽略压头损失,试计算收缩截面2处的静压头。 解 水的体积流量 ././33252510 -==?V q L s m s , 截面1处的流速 ../.3 12 2 1 25101274005 4 4 π π -?= = =?V q u m s d 习题1-4附图 习题1-5附图

化工原理计算题

第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3,试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度为若干。 解:根据式1-4 998 4.01830 6.01+=m ρ =(3.28+4.01)10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为:O 221%、N 278%和Ar1%(均为体积%),试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解:首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为: 3kg/m 916.0373 314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3,水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 (1)判断下列两关系是否成立,即 p A =p'A p B =p'B (2)计算水在玻璃管内的高度h 。 解:(1)判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内,并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上,但不是连通着的同一种流体,即截面B-B '不是等压面。 (2)计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知,p A =p'A ,而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算,即 p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh 于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh 简化上式并将已知值代入,得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m 【例1-4】 如本题附图所示,在异径水平管段两截面(1-1'、2-2’)连一倒置

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一、二章复习题 第一章 一、填空题 1.一个生产工艺是由若干个单元操作和化工单元构成的。 2.各单元操作的操作原理及设备计算都是以物理衡算;能量衡算;平衡关系;过程速率四个概念为依据的。 3.常见的单位制有程单位制;国际单绝对单位制;工位制 (SI 制)。 4.由于在计量各个物理量时采用了不同的基本物理量、基本单位,因而产生了不同的单位制。5.一个过程在一定条件下能否进行,以及进行到什么程度,只有通过平衡关系来判断。6.单位时间内过程的变化率称为过程速率。 二、问答题 7.什么是单元操作?主要包括哪些基本操作? 8.提高过程速率的途径是什么? 第二章流体力学及流体输送机械 流体力学 一、填空题 1.单位体积流体的质量称为密度,它与比容互为倒数。 2.流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的压强。 3.单位时间内流经管道任一截面的流体量称为流量,其表示方法有质量流量和体积流量两种。 4.当管中流体形成稳定流动时,管中必定充满流体,即流体必定是连续流动的。 5.产生流体阻力的根本原因是内摩擦力;而流体的运动状态是产生流体阻力的第二位原因。另外,管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力的大小有影响。 6.流体在管道中的流动状态可分为层流和湍流两种类型,二者在内部质点运动方式上的区别 是湍流的质点有脉动而层流没有。 7.判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是静止的、连通的、连接的是同 一种液体。 8.流体若由低压头处流向高压头处时,所加入外加功的作用是:分别或同时提高流体的位压 头;动压头;静压头以及弥补损失能量。 9.在测量流体的流量时,随流量的增加孔板流量计两侧的压差将增大,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值不变。 二、选择题

化工原理干燥计算题

1、将在常压下温度为30℃、相对湿度为20%的新鲜空气,通过第一加热器加热到某温度后,在通过一喷水室进行绝热冷却增湿到饱和状态,得到温度为45℃的湿空气,在H-I图上画出空气状态变化的过程示意图。 2、将在常压下温度为30℃、相对湿度为20%的新鲜空气,通过第一加热器加热到某温度后,再通过一喷水室进行绝热冷却增湿到饱和状态,最后通过第二加热器加热到温度为45℃、相对湿度为40%的湿空气,试在H-I图上示意绘出空气状态变化情况。 3、一常压干燥器欲将1200kg/h的湿含量为5%的湿物料干燥至1%(湿基),所用空气的t =20℃、 =75%、湿空气量V=2500m /h。干燥器出口空气的干球温度为50℃。假定为绝热干燥过程。又已知预热器以125 ℃的饱和水蒸气加热空气,其传热系数为40W/m ℃,求单位面积预热器所需传热量(预热器热损失不计)。 3、X1=5/95=0.0526 X2=1/99=0.0101 G c= 1200(1-0.05)=1140kg/h W=1140(0.0526-0.0101)=48.45kg/h 根据t0 =20℃、0 =75% ,由t-H图,查得H0=0.011kg/kg干气 =0.844m 3/kg干气 L=2500/0.844=2961kg干气/h H2=W/L+H1=48.45/2961+0.011=0.0274 kg/kg干气 I0=(1.01+1.88×0.011)×20+2492×0.011=48.0kJ/kg干气 I2=(1.01+1.88×0.0274)×50+2492×0.0274=121.3kJ/kg干气 绝热干燥过程I1=I2,即 I1=(1.01+1.88×0.011)t1+2492×0.011=121.3 t1=91.1℃

化工原理计算题例题

三 计算题 1 (15分)在如图所示的输水系统中,已知 管路总长度(包括所有当量长度,下同)为 100m ,其中压力表之后的管路长度为80m , 管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m , 水的密度为1000Kg/m 3,泵的效率为0.85, 输水量为15m 3/h 。求: (1)整个管路的阻力损失,J/Kg ; (2)泵轴功率,Kw ; (3)压力表的读数,Pa 。 解:(1)整个管路的阻力损失,J/kg ; 由题意知, s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ (2)泵轴功率,kw ; 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程,以贮槽液面为基准水平面,有: ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中, ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0, p 1= p 0=0(表压), H 0=0, H=20m 代入方程得: kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=, η=80%, kw w N N e 727.11727===η 2 (15分)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定 不变,输送管路尺寸为φ83×3.5mm ,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ,压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时,进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg ,出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg ,压力表读数为 2.452×

化工原理计算试题

离心泵的计算 1计算题j01b10029 如图所示, 水通过倾斜变径管段(A-B), D A=100mm,D B =240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计,其读数R=20mm,A、B两点间的垂直距离为h=0.3m试求:(1) 试求A、B两点的压差等于多少Pa?(2)A、B管段阻力损失为多少mmHg?(3)若管路水平放置,而流量不变,U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化? 计算题j01b10029 (题分:20) (1) u A=(2/60)/[(π/4)×(0.10)2]=4.244 m/s, u B=4.244×(1/2.4)2=0.7368 m/s p A/ρ+u A2/2= gh+p B/ρ+u B2/2+∑h f ∵p A/ρ-(gh+p B/ρ)=(ρi-ρ)gR/ρ ∴p A-p B=(ρi-ρ)gR+ρgh =(13.6-1)×103×9.81×0.020+103×9.81×0.3 =5415 Pa (2) ∑h f=(p A/ρ-gh-p B/ρ)+u A2/2-u B2/2 =(ρi-ρ)gR/ρ+u A2/2-u B2/2 =(13.6-1)×9.81×0.020+(4.244)2/2-(0.7368)2/2 =11.2 J/kg 即?p f=ρ∑h f=103×11.2=11.2×103 Pa 换成mmHg: ∑H f=?p f/(ρHg?g)= 11.2×103/(13.6×103×9.81) =0.0839 mHg=83.9 mmHg (3) p A/ρ+u A2/2=p B/ρ+u B2/2+∑h f ∵u A、u B、∑h f均不变,故(ρi-ρ)gR’/ρ之值不变 即R’不变,R’=R=20 mm 水平放置时p A-p B = (13.6-1)?103?9.81?0.020 =2472Pa比倾斜放置时的压差值小。 2计算题j02b20067 (20分) 如图所示的输水系统,输水量为36m3/h,输水管均为φ80×2mm的钢管,已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱,压出管路的阻力损失为0.5m水柱,压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm2。试求: (1) 水泵的升扬高度; (2) 若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率(KW); (3) 水泵吸入管路上真空表的读数(mmHg 柱)。 注:当地大气压为750mmHg 柱。 0.2 4.8

化工原理判断题题库【化工原理试题库】

1、精馏分离的依据是各组分的挥发度的差异,要使混合物中的组分得到完全分离,必须进行多次地部分汽化和部分冷凝。 2、相对挥发度的表示式?=_?A.对于二组 B 分溶液的蒸馏,当?=1 时,能否能离不能 3、q的定义式是进料的液化分率,饱和液体进料q=_饱和蒸汽进料q=_0_蒸汽是液体的3倍的混合进料时q=_0.25_。 4、二组分的连续精馏操作,精馏段操作线方程为y?0.75x?0.245,提馏段操作线方程为y?25x?0.02,当q=1时,则xW?xD 5、在连续精馏中,其它条件均不变时,仅加大回流,可以使塔顶产品xD提高_,若此时加热蒸汽量V不变,产品量D将下降。若在改变R的同时,保持塔顶采出量不变,必需增加蒸汽用量,那么冷却水用量将_增加__。 6、压力增加_.温度下降将有利于吸收的进行。 7、完成下列方程,并指出吸收糸数的单位。NA?k.?Ci?C? k的单位_m_ NA?KG.?P?P KG 的单位__. ms.atm 8、吸收过程中的传质速率等于分子散速率的条件是层流或静止。 9、饱和空气在恒压下冷却,温度由t1降至t2,其相对湿度?不变,绝对湿湿度H下降_,露点下降,湿球温度下降。 10、萃取操作的依据是_组分在萃取剂中的溶解度的差异.萃取操作选择溶剂的主要原则是_对被萃取组分有较好的选择性与稀释剂互溶度愈小愈好_,易回收便宜无毒性__. 1、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于_待分离的混合物为水溶液且水是难挥发组分的情况_,与间接蒸汽相比,相同要求下,所需理论塔板数将__理论板数要多。 2、平衡线表示塔的任一截面上气、液两相的易挥发组分在气、液两相间的浓度关系,操作线表示了易挥发组分在塔内的下一块塔板中上升的气相中的组成与上一块塔板上的液相组成之间的操作线关系 3、溶液中各组分之挥发度可用它在___气相中的分压_和与之平衡的液相__縻尔分率之比来表示,若是理想溶液,则同温度下的饱和蒸汽压来表示。 4、对拉乌尔定律产生正偏差是由于不同种分子之间的引力小于同种分子之间的引力所造成的。 5、对拉乌尔定律产生负偏差是由于不同种分子之间的引力大于同种分子之间的引力所造成的。 6、在板式塔的设计中,为了减少雾沫夹带,我们可以适当地增大塔径以减少空塔气速,也可以适当地增大板间距。

完整版化工原理试题库答案2

、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时,通过管路任意两截面不变的物理量是( A ) A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是(C )。 A. 变压差流量计,垂直安装。 C.变压差流量计,水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中,宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是( C ) A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中,容易使离心泵产生气蚀现象的是( B )o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前,泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前,没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动,已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 (C )o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中,不属于流体流动的机械能的是( D )o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下,换热器采用( A )操作,其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时,离心泵的( C )也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中,需要热补偿装置的是( A )o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为( D ) A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000

化工原理习题

例1-1 静力学方程应用 如图所示,三个容器A 、B 、C 内均装有水,容器C 敞口。密闭容器A 、B 间的液面高度差为z 1=1m ,容器B 、C 间的液面高度差为z 2=2m ,两U 形管下部液体 均为水银,其密度?0=13600kg/m 3 ,高度差分别为R =,H =,试求容器A 、B 上方压力表读数p A 、p B 的大小。 解 如图所示,选取面1-1?、2-2?,显然面1-1?、 2-2?均为等压面,即2211p p p p '='=,。 再根据静力学原理,得: ()gH p H z g p a B 02ρρ+=++ 于是 () ()1.0281.910001.081.91360020+?-??=+-=-H z g gH p p a B ρρ =–7259Pa 由此可知,容器B 上方真空表读数为7259Pa 。 同理,根据p 1=p 1?及静力学原理,得: gR gz p gR p B A 01)()(ρρρ++=+表表 所以 gR R z g p p B A 01)(()()ρρ+-+=表表 ()2.081.9136002.0181.910007259??+-?+-= =?104 Pa 例1-2 当被测压差较小时,为使压差计读数较大,以减小测量中人为因素造成的相对误差, 也常采用倾斜式压差计,其结构如图所示。试求若被测流体压力p 1=?105 Pa (绝压),p 2端通 大气,大气压为?105Pa ,管的倾斜角?=10?,指示液为酒精溶液,其密度?0=810kg/m 3 ,则读数R ?为多少cm 若将右管垂直放置,读数又为多少cm 解 (1)由静力学原理可知: αρρsin 0021R g gR p p '==- 将p 1=?105Pa , p 2=?105 Pa ,?0=810kg/m 3,?=10? 代入得: 0 5502110sin 81.981010013.110014.1sin ???-?= -='αρg p p R == (2)若管垂直放置,则读数 5 502190sin 81.981010013.110014.1sin ???-?=-='αρg p p R == 可见,倾斜角为10?时,读数放大了=倍。 例1-3 一车间要求将20?C 水以32kg/s 的流量送入某设备中,若选取平均流速为s ,试计算所需管子的尺寸。 若在原水管上再接出一根?159?的支管,如图所示,以便将水流量的一半改送至另一车 间,求当总水流量不变时,此支管内水流速度。 解 质量流量 42d u uA m πρρ?== 式中u =s ,m =32kg/s ,查得20?C 水的密度?=998kg/m 3, 代入上式,得: 例1-1附图 p 2 例1-2图 倾斜式压差计

化工原理复习题..干燥计算题

干燥 一、填空 1.在101.33kPa的总压下,在间壁式换热器中将温度为293K,相对湿度为80%的是空气加热,则该空气下列状态参数的变化趋势是:湿度:_____________,相对湿度:__________,露点t d_________。 2.在101.33kPa的总压下,将饱和空气的温度从t1降至t2, 则该空气下列状态参数的变化趋势是:湿度:_____________,相对湿度:__________,露点t d_________。 3.在实际的干燥操作中,常用____________来测量空气的湿度。 4.测定空气中水汽分压的实验方法是测量__________。 5.对流干燥操作的必要条件是___________________;干燥过程是__________相结合的过程。 6.在101.33kPa的总压下,已知空气温为40℃,其相对湿度为60%,且40℃下水的饱和蒸汽压为7.38kPa,则该空气的湿度为_____________kg/kg绝干气,其焓为_______kJ/kg 绝干气。 7.在一定的温度和总压强下,以湿空气做干燥介质,当所用空气的湿度减少时,则湿物料的平衡水分相应__________,其自由水分相应___________。 8.恒定的干燥条件是指空气__________,____________,_____________均不变的过程。9.恒速干燥阶段又称__________控制阶段,影响该阶段干燥速度的主要因素是_________; 降速干燥阶段又称_________控制阶段,影响该阶段干燥速度的主要因素是_________。 10.在恒速干燥阶段,湿物料表面的温度近似等于__________。 11. 在常温和40℃下,测的湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度之间的平衡关系为:当相对湿度=100%时,结合水含量为0.26kg/kg绝干料;当相对湿度=40%时,平衡含水量X*= 0.04kg/kg绝干料。已知该物料的初始含水量X1=0.43kg/kg绝干料,现让该物料在40℃下与与相对湿度为40%的空气充分接触,非结合水含量为______kg/kg绝干料,自由含水量为__________kg/kg绝干料。 12. 干燥速度的一般表达式为___________。在表面汽化控制阶段,则可将干燥速度表达式为_______________________。 13. 在恒定干燥条件下测的湿物料的干燥速度曲线如本题附图所示。其恒速阶段干燥速度为_________kg水(m2.h),临界含水量为____________kg/kg绝干料,平衡含水量为____________kg/kg绝水量。 14. 理想干燥器或等焓干燥过程是指________________,干燥介质进入和离开干燥器的含焓值________________。 15. 写出三种对流干燥器的名称_________,_______________, _____________. 固体颗粒在气流干燥器中经历_______和_________两个运动阶段,其中_____是最有效的干燥区域。 二、选择题 1.已知湿空气的如下两个参数,便可确定其他参数( ) A. H,p B. H,t d C. H, t D. I,t as

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